光学薄片、使用该光学薄片的安装方法及光学模块的制作方法

专利名称：光学薄片、使用该光学薄片的安装方法及光学模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对光学元件和基板进行光连接的光学薄片
(Optical sheet)。并且还涉及一种通过光学薄片使光学元件与基板光 连接的安装方法及光学模块。
背景技术：
近年来，与模块内的信号传送的高速化要求对应地，进行了将电 信号转换成光信号的尝试，开发了相互转换电和光的接口 BGA。接口 BGA能进行电连接和光连接。接口 BGA的基本结构例示在图32中。 如图32所示，接口 BGA包括半导体器件81、封装基板82和焊球83。 封装基板82在底面侧具有发送用面发光激光器84和接受用光电二极 管(未图示)，以能收发高速信号。面发光激光器84和光电二极管由 树脂层86密封。并且，在树脂层86上安装有显微透镜85。
将接口 BGA安装到印刷电路板上的状态如图33所示。半导体器 件81和封装基板82通过焊球83安装在印刷电路板97上。由于是通 过焊球83进行安装，因此封装基板82和印刷电路板97之间的距离W 与焊球83的直径相等，通常为400um。为了防止在该距离W下光散 射而在相邻的光信号之间产生串扰，从面发光激光器84发出的光通过 显微透镜85成为平行光。光信号到达印刷电路板97侧的显微透镜95 时，光信号通过显微透镜95聚光，导入光波导路径98(非专利文献1)。
为了使由显微透镜95聚光的光信号导入光波导路径98,例如在 光波导路径98内插入倾斜45°的镜99，光路变换90° 。作为另一方 法，光波导路径98即光纤的芯的端面以倾斜45。而被切割，在切割面 上蒸镀Ag、 Al等(非专利文献2和非专利文献3)。在沿着印刷电路板97平面的光波导路径98中传送的光信号以90°竖起而传送至半导 体器件81上的情况下也相同。
作为显微透镜的制造方法，例如有抗蚀剂回流法(Resist reflow method)。在该方法中，在基板上形成的树脂层通过光刻法制作成圆 筒形后加热而进行回流，从而通过树脂的表面张力制作出显微透镜。
非专利文献1:日経工k夕卜o 二夕7、 2001年12月3日発行、 124頁
非专利文献2:木下雅夫、夕卜2名、「 二匕。夕々〉'J 7卜 才7 (ELO)技術(二 J: 6光素子0薄膜化」、MES2003、第13回？ < 夕口工k夕卜口 二夕》 > > 水。-々厶、2003年10月、p .380-383
非专利文献3:石塚岡U、夕卜2名、「7' 'J >卜板全用^ &光* 、y、工一AO試作」、MES2003、第13回"7《夕口工k夕卜口二夕,) >水-々厶、2003年10月、p .388-391
但是，在现有的接口 BGA中，倾斜45°的镜和显微透镜通过不 同的工序来形成。因此，在进行安装时，光学元件、镜、光波导路径 和显微透镜之间的位置难以对准。不仅是X方向和Y方向，Z方向的 位置对准也需要以ixm级别的精度进行，并且需要对所有光学元件和 显微透镜进行位置对准。并且，由于显微透镜的形状因树脂的表面张 力、粘度和温度等影响而不固定，因此将Z方向的位置对准为使在接 口 BGA的底面形成的多个显微透镜的焦点全部完全对准时需要花费时 间和工夫。
并且，由于如上所述地显微透镜的形状是不固定的，因此显微透 镜的制造成品率较低。并且不能对直接在接口 BGA上制成的显微透镜 进行修理。因此，即使在形成于接口 BGA底面的多个显微透镜中的一 部分存在不良的情况下，也不得不将包含半导体器件在内的整个接口 BGA废弃掉，损失变大。并且显微透镜的制造过程需要复杂的工序。并且通过另一工序制作高精度的镜，或在光波导路径中实施倾斜45° 的切割加工的工序复杂且成本高。
本发明的课题在于，第一提供一种精度高且容易安装的光学薄片。 第二提供一种容易维护的安装方法。并且提供一种精度高且低成本的 光学模块。
本发明的一种光学薄片，通过配置在光学元件和基板之间来对光 学元件和基板进行光连接，其包括薄片部、凸透镜部和反射部。薄片 部具有第一主面及第二主面。凸透镜部设置在第一主面上，用于对光
进行聚光。反射部以能够使沿着第二主面的光弯曲而入射到凸透镜部 的方式设置在第二主面上。
在上述光学薄片中优选的是，反射部被形成为能够将沿着第二主 面的光的行进方向弯曲90° 。
在上述光学薄片中优选的是，凸透镜部具有半球形及半圆柱体形 中的任一种形状。
在上述光学薄片中优选的是，凸透镜部按照面阵列及线性阵列中 的任一种配置进行配置。
在上述光学薄片中优选的是，反射部包含被选自由金、银及铝构 成的组的至少一种材质覆盖的部分。
在上述光学薄片中优选的是，光学薄片具有由经过电子束照射的 材质形成的部分。
在上述光学薄片中优选的是，凸透镜部和反射部通过使用模具进 行的铸模法形成。在上述光学薄片中优选的是，模具通过包含下述工序的方法制造 通过光刻法形成树脂模具的工序；通过镀敷法在树脂模具上形成由金 属材料构成的层的工序；以及除去树脂模具的工序。
在上述光学薄片中优选的是，模具通过包含下述工序的方法制造 通过铸模法形成树脂模具的工序；通过镀敷法在树脂模具上形成由金 属材料构成的层的工序；以及除去树脂模具的工序。
本发明的一种安装方法，包括准备所述的光学薄片的工序；和 以使光学元件通过光学薄片与基板光连接的方式将光学元件安装在基 板上的工序。
本发明的一种光学模块，包括所述的光学薄片、基板和光学元件。 基板支撑光学薄片。光学元件通过光学薄片与基板光连接。
本发明能够提供一种高精度且容易安装的光学薄片。


图1是表示本发明一个实施方式中的三维光学薄片配置在光学元 件和基板之间的状态的简要局部剖视图。
图2是简要表示本发明一个实施方式中的三维光学薄片的结构的 局部剖面透视图。
图3是用于说明本发明一个实施方式中的三维光学薄片的结构和 三维光学薄片发挥功能的原理的简要局部剖视图。
图4是简要表示本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光学 薄片的结构的局部剖面透视图。
图5是简要表示本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光学 薄片的结构的局部剖面透视图。
图6是用于说明本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光学薄片的结构和三维光学薄片发挥功能的原理的简要局部剖视图。
图7是简要表示本发明一个实施方式的第三变形例中的三维光学 薄片的结构的局部剖面透视图。
图8是表示本发明一个实施方式中的三维光学薄片的制造方法的 第一工序的简要剖视图。
图9是表示本发明一个实施方式中的三维光学薄片的制造方法的 第二工序的简要剖视图。
图10是表示本发明一个实施方式中的三维光学薄片的制造方法 的第三工序的简要剖视图。
图11是表示制造本发明一个实施方式中的三维光学薄片时所使 用的模具制造方法的第一工序的简要剖视图。
图12是表示制造本发明一个实施方式中的三维光学薄片时所使 用的模具制造方法的第二工序的简要剖视图。
图13是表示制造本发明一个实施方式中的三维光学薄片时所使 用的模具制造方法的第三工序的简要剖视图。
图14是表示制造本发明一个实施方式中的三维光学薄片时所使 用的模具制造方法的第四工序的简要剖视图。
图15是表示制造本发明一个实施方式中的三维光学薄片时所使 用的模具制造方法的第五工序的简要剖视图。
图16是表示制造本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第一工序的简要剖视图。
图17是表示制造本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第二工序的简要剖视图。
图18是表示制造本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第三工序的简要剖视图。
图19是表示制造本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第四工序的简要剖视图。
图20是表示制造本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第五工序的简要剖视图。
图21是表示制造本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光学薄片时所使用的模具制造方法的第六工序的简要剖视图。
图22是表示制造本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第一工序的简要剖视图。
图23是表示制造本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第二工序的简要剖视图。
图24是表示制造本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第三工序的简要剖视图。
图25是表示制造本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第四工序的简要剖视图。
图26是表示制造本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第五工序的简要剖视图。
图27是表示制造本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第六工序的简要剖视图。
图28是表示制造本发明一个实施方式的第三变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第一工序的简要剖视图。
图29是表示制造本发明一个实施方式的第三变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第二工序的简要剖视图。
图30是表示制造本发明一个实施方式的第三变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第三工序的简要剖视图。
图31是表示制造本发明一个实施方式的第三变形例中的三维光 学薄片时所使用的模具制造方法的第四工序的简要剖视图。
图32是表示现有的接口 BGA的基本结构的剖视图。
图33是表示现有的接口 BGA安装在基板上的状态的剖视图。
标号说明
la ld三维光学薄片 2A、 2L凸透镜部 3DL、 3SA、 3SL反射部 4光学元件 5基板6光信号 10树脂制薄膜 52a、 53a模具 77金属薄膜。
具体实施例方式
(三维光学薄片)
图1是表示本发明一个实施方式中的三维光学薄片配置在光学元 件和基板之间的情况的简要局部剖视图。图2是简要表示本发明一个 实施方式中的三维光学薄片的结构的局部剖面透视图。
参照图1及图2，本实施方式的光学模块包括三维光学薄片la、 基板5、光学元件4、封装基板7、半导体器件8。三维光学薄片la支 撑在基板5上。光学元件4通过三维光学薄片la光连接到基板5上。
三维光学薄片la是通过配置在光学元件4和基板5之间而用于对 光学元件4和基板5进行光连接的光学薄片，包括薄片部9、凸透镜部 2L、反射部3SL。薄片部9为具有第一主面(图中上表面)和第二主 面(图中下表面)的薄片状的部件。凸透镜部2L是设在第一主面上的 用于对光进行聚光的部件。反射部3SL设在第二主面上，以能使沿着 第二主面的光信号6弯曲而向凸透镜部2L入射。三维光学薄片la通 过电子束照射等而交联，从而能够提高耐热性，提高相对于安装时的 焊锡流温度的耐久性。
为了对光进行聚光，凸透镜部2L包括具有半圆柱体形形状的曲面 即凸透镜面CP。凸透镜部2L以该半圆柱体形状按列排列的方式形成 有多个。g卩，凸透镜部2L按线性阵列的配置进行配置。沿着该半圆柱 体形的形状延伸的方向，反射部3SL也延伸。
反射部3SL具有反射面RP，以使光反射而弯曲。反射面RP设置
10成使反射部3SL的光轴与凸透镜部2L的光轴一致。沿着基板5平面， 即沿着薄片部9的第二主面传送的光信号6被反射面RP反射，由此朝 向图中上方向弯曲卯° ，能传送至光学元件4。并且从光学元件4发 出的光信号通过反射90°而沿着基板5平面即沿着薄片部9的第二主 面传送。
图3是用于说明本发明一个实施方式中的三维光学薄片的结构和 三维光学薄片发挥功能的原理的简要局部剖视图。参照图3，反射面 RP的光轴ARt、 ARp中凸透镜面CP侧的光轴ARt与凸透镜面CP的 光轴AC在直线AL上一致。其中在本说明书中，光轴一致是指光轴在 m以下的误差范围内一致。凸透镜面CP的光轴AC是指来自位于 凸透镜面CP的焦点FC的点光源的光LT1通过凸透镜面CP成为平行 的光LT2时的光路的中心线。反射面RP的光轴ARt是指该光LT2中 反射而能成为光LT3的部分的光路的中心线。
光学元件4和基板5的光连接是由凸透镜部2L和对应的反射部 3SL进行。由于凸透镜部2L和反射部3SL形成于同一薄片部9上，因 此与显微透镜及倾斜镜等分开形成的现有的接口 BGA相比，位置对准 精度及成品率高。并且，安装容易，能降低成本。因此，以通过本实 施方式的三维光学薄片la使光学元件4与基板5光连接的方式将光学 元件4安装在基板5上的安装方法，能实现高精度、高成品率及低成 本。并且，通过本实施方式的三维光学薄片la将光学元件4光连接到 基板5上的光学模块(图l)也能以高精度、高成品率及低成本制造。
图4是简要表示本发明一个实施方式的第一变形例中的三维光学 薄片的结构的局部剖面透视图。参照图4，本变形例的三维光学薄片 lb的反射部3SL在反射面RP的表面上具有金属薄膜77。如此通过反 射部3SL表面的至少一部分被金属薄膜77覆盖，能提高光信号的反射 效率。从通过提高反射效率而提高到达光学元件4的光量考虑，金属 薄膜77的材料优选金、银或铝。其中，金属薄膜77例如可以通过溅射法形成。
图5是简要表示本发明一个实施方式的第二变形例中的三维光学 薄片的结构的局部剖面透视图。图6是用于说明本发明一个实施方式 的第二变形例中的三维光学薄片的结构和三维光学薄片发挥功能的原 理的简要局部剖视图。参照图5及图6，本变形例的三维光学薄片lc 具有反射部3DL。反射部3DL具有以光轴AR为对称轴的反射面RPx、 RPy。该光轴AR和光轴AC在直线AL上一致。
光LT1中的光LTla通过凸透镜面CP成为平行的光LT2a后，被 反射面RPx反射后可成为光LT3a。光LT3a在透过反射面RPy时被折 射。并且光LT1中的光LTlb通过凸透镜面CP成为平行的光LT2b后， 被反射面RPy反射后可成为光LT3b。光LT3b在透过反射面RPx时被 折射。
即反射部3DL可通过反射和折射而使光弯曲。通过该结构，三维 光学薄片ic能将来自焦点FC的光成为沿着薄片部9下表面的光LT3a、 LT3b。并且相反地，能将沿着薄片部9下表面的光LT3a、 LT3b成为 聚光到焦点FC的光LT1。
图7是简要表示本发明一个实施方式的第三变形例中的三维光学 薄片的结构的局部剖面透视图。参照图7，本变形例的三维光学薄片 ld具有凸透镜部2A和反射部3SA。凸透镜部2A具有半球形形状，以 能对光进行聚光。凸透镜部2A以二维排列该半球形状的方式形成有多 个。即，凸透镜部2A按面阵列的配置进行配置。与薄片部9的第一主 面(图中上表面)上的凸透镜部2A的位置对应地，反射部3SA位于 薄片部9的第二主面(图中下表面)上。
其中，凸透镜部的形状是半圆柱体形(图2)及半球形(图7)中 的哪一个是根据光学元件4的密度、所要求的精度、制造时使用的模具的制造难易度等进行选择。并且，还能根据所连接的光学元件4的
配置、密度、所需的精度等选择线性阵列(图2)及面阵列(图7)中 的任一个。
(三维光学薄片的制造方法) 本发明的三维光学薄片可通过使用模具的铸模法来形成。在抗蚀 剂回流法中，显微透镜的形状因树脂的表面张力、粘度及温度等影响 而不固定。相对于此，由于本实施方式的三维光学薄片la ld可通过 使用模具的铸模法形成，因此能高精度地再现透镜的形状。
在三维光学薄片中，光的上升角取决于反射面RP、 RPx、 RPy的 角度，凸透镜面CP的收敛性取决于透镜的曲率半径、圆度、光路长度。 并且，光的波导效率取决于反射面RP、 RPx、 RPy中的上升效率、光 轴精度和表面粗糙度。在本实施方式的制造方法中，由于能高精度地 再现凸透镜部2L、 2A及反射部3SL、 3DL、 3SA的形状，因此容易进 行光的上升角、凸透镜的收敛性、光的波导效率的微调。另一方面， 即使在形成有多个凸透镜部2L、 2A的情况下，也容易进行各凸透镜部 2L、 2A的焦点和折射率的调整和位置对准。并且，由于凸透镜部2L、 2A和反射部3SL、 3DL、 3SA的形状精度较高，因此能以高成品率制 造出三维光学薄片la ld。并且，与在另一工序中在接口 BGA上直接 制作的显微透镜和45。镜相比，本实施方式的三维光学薄片la ld容 易制造，适合量产化，并且低成本。
图8至图IO是按工序顺序表示本发明一个实施方式中的三维光学 薄片的制造方法的简要剖视图。参照图8至图10，三维光学薄片lc(图 5)通过使用模具52a、 53a的铸模法进行制造。首先如图8所示，设置 在模具52a、 53a之间的树脂制薄膜IO被加热。然后，被加热的树脂制 薄膜IO在模具52a、53a之间沿箭头方向被加压，如图9所示进行铸模。 冷却后进行脱模，从而可得到如图IO所示的三维光学薄片lc。树脂制薄膜10的加热，例如可任意采用将树脂制薄膜10夹在模 具52a、 53a之间后加热的方式或在预先在非接触的状态下仅加热树脂 制薄膜10的方式等。树脂制薄膜10的加热，可通过设在模具52a、 53a 的正下方或内部的加热器(未图示)来进行。
树脂制薄膜IO的加热，优选加热至树脂的流动起始温度以上。通 过树脂制薄膜IO被加热至流动起始温度以上后进行加压加工，可利用 树脂的流动现象容易地以高精度形成超微细的形状，并且能降低成本。 如所使用的模具的精度足够高，则通过本发明的制造方法能容易地形 成直径为5um以上的透镜。并且，还容易形成线宽度5"m以上的半 圆柱体形的透镜。
另外，本发明的三维光学薄片还可通过纳米压印法进行制造。纳 米压印法是如下方法在表面具有纳米级别微细凹凸的模具上设置的 树脂制薄膜被加热到玻璃转化温度后，模具压向树脂制薄膜后保持一 定时间，树脂制薄膜被冷却至玻璃转化温度以下后模具从树脂制薄膜 剥离。通过纳米压印，在树脂制薄膜上转印模具表面的凹凸，因此能 以简单的加工工序容易形成亚微米级的三维微细形状，大幅提高凸透
镜部及反射部的光轴精度和位置精度。并且，根据该凸透镜部和反射 部的形成方法，形状的再现性高，成本低，且容易量产化。
作为树脂制薄膜，为了提高三维光学薄片的制造工序的生产率， 优选使用在比较狭窄的温度范围内熔融且冷却时快速固化的树脂。因 此，优选聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚砜、聚砜、 聚醚酰亚胺等。树脂制薄膜的厚度虽然不特别限定，但优选厚度为20 lim以上，更优选厚度为100um以上。
树脂制薄膜设置在模具之间时，优选的是首先在一方模具固定树 脂制薄膜后设置另一方模具。由此，能防止树脂制薄膜在模具上上浮， 混入气泡等问题，能提高微细结构体的再现性。并且，通过在真空氛围下实施设置、加热并加压树脂制薄膜的一系列的工序，能防止树脂 制薄膜的上浮，气泡混入树脂制薄膜。
模具可通过包括以下工序的方法来制造通过光刻法形成树脂模 具的工序、通过镀敷法在树脂模具上形成由金属材料构成的层的工序、 除去树脂模具的工序。由于通过该方法制造出的模具为精密的微细结 构体，因此在树脂制薄膜上能实施微细且高尺寸精度的成型，能将成
型体的表面粗糙度(Ra)抑制在lOixm以下。并且，由于通过模具进 行铸模，因此能一体成型再现性更好的成型体。
图11至图15是按工序顺序表示本发明一个实施方式中的三维光 学薄片的制造中所使用的模具的制造方法的简要剖视图。首先，如图 ll所示，在基板21上形成抗蚀剂22。作为基板21，例如使用由铜、 镍、不锈钢等构成的金属制基板。并且，也可以使用溅射过钛、铬等 金属材料的硅基板等。抗蚀剂22的材料使用以聚甲基丙烯酸甲酯等聚 甲基丙烯酸酯为主要成分的树脂材料或对X线或紫外线(UV)具有敏 感性的化学放大型树脂材料等。抗蚀剂22的厚度可根据要形成的模具 任意设定，例如可设定为数百um。
接着，在抗蚀剂22上配置掩模23，经由掩模23照射X线24或 UV等。当需要具有较高的高宽比的模具时，优选的是使用波长比UV
(波长为365nm等)短的X线(波长0.4nm)。并且，在X线中从定 向性高的方面考虑，使用同步放射的X线(下面称为"SR")的LIGA
(Lithogmphie Galvanoformung Abformung，深刻电铸模造)法具有以 下优点可实现较深的光刻，能以亚微米级别的高精度大量制造出数 百um高度的微细结构体，能提供较厚的树脂制薄膜用模具。在本实 施方式中，例示了照射X线的方式。
掩模23由根据模具的图形形成的X线吸收层23a和透光性基材 23b构成。作为透光性基材23b的材质，可使用SiN、 SiC、金刚石、钛等。并且作为X线吸收层23a的材质，可使用金、钨、钽等重金属 或其化合物等。在基板21上的抗蚀剂22为正性抗蚀剂的情况下，通 过X线24的照射，抗蚀剂22中的抗蚀剂22a被曝光而变质(分子链 切断)，但抗蚀剂22b因存在X线吸收层23a而不会被X线曝光。因 此，通过显影仅除去通过X线24变质的部分，可得到如图12所示的 由抗蚀剂22b构成的树脂模具。
接着通过镀敷法，如图13所示地在树脂模具上堆积金属材料层 25。金属材料层25可通过电铸(电解镀)或无电解镀形成。电铸是指 利用金属离子溶液在导电性基板上形成金属材料层。通过将导电性基 板作为供电部而进行电铸，能在树脂模具中堆积金属材料层25。另一 方面，无电解镀是镍等金属离子溶液在作为还原剂而添加次亚磷酸钠 等后加热至90'C 100'C而进行，不通电流就能在树脂模具上形成金属 材料层25。在树脂模具的表面预先赋予Pd等催化剂时，能提高镀敷效 率。
镀敷进行至超过树脂模具的高度，从而能形成模具的基座。作为 金属材料使用镍、铜、铁、铑或它们的合金等。从提高模具的耐磨耗 性的方面考虑，优选镍或镍锰等镍合金。镀敷后，如图4所示地通过 酸或碱进行湿式蚀刻或进行机械加工，除去基板21。接着，通过湿式 蚀刻或等离子灰化除去抗蚀剂22b，可得到如15所示的模具。
接着对上述模具的制造方法(图11至图15)的第一变形例进行 说明。图16至图21是按工序顺序表示在本发明一个实施方式的第一 变形例中的三维光学薄片的制造中使用的模具制造方法的简要剖视 图。
在图11至图15所示的制造方法中，除去导电性基板21而(图 14)制造模具，但在本变形例中能不除去基板而制造模具。首先，如 图16所示，在基板31a上形成抗蚀剂22。接着，在抗蚀剂22上配置掩模33，与上述相同地进行光刻。曝光后，通过显影除去抗蚀剂22a 时，可得到如图17所示的由抗蚀剂22b构成的树脂模具。
接着如图18所示，在抗蚀剂22b的顶部形成导电性基板31b后， 如图19所示地除去基板31a。然后如图20所示，以导电性基板31b为 镀敷电极而进行电铸，在树脂模具中堆积金属材料层35。根据需要通 过研磨或磨削使树脂模具与预定厚度一致后，通过湿式蚀刻或等离子 灰化除去树脂模具。由此，可得到如图21所示的模具。由于该模具将 导电性基板31b用作模具的基座，因此能省略形成基座所需的电铸时 间。并且，由于基座不是通过电铸形成的，因此内部应力引起的模具 的翘曲小。
接着对上述模具的制造方法的第二变形例进行说明。
模具通过包含下述工序的方法来制造通过铸模法形成树脂模具 的工序；在基板上通过镀敷在上述树脂模具上形成由金属材料构成的 层的工序；除去树脂模具的工序。在通过铸模法形成树脂模具的工序 中使用的母模具，可通过上述光刻法制造。因此，母模具为精密的微 细结构体，通过母模具制造出的子模具也成为精密的微细结构体。由 此可在树脂制薄膜中实施微细且尺寸精度高的成型，并且能将成型体 的表面粗糙度(Ra)抑制在10nm以下。并且，由于通过模具进行铸模， 因此能一体成型再现性更好的成型体。
图22至图27是按工序顺序表示在本发明一个实施方式的第二变 形例中的三维光学薄片的制造中使用的模具制造方法的简要剖视图。 首先如图22所示，利用具有凸部的模具44进行注射成型等铸模法， 制造出如图23所示的树脂模具43。树脂模具的材质为聚甲基丙烯酸甲 酯、聚丙烯或聚碳酸酯等。接着如图24所示，在树脂模具43的顶部 形成导电性基板41b后，如图25所示，研磨或磨削树脂模具43的一 部分。然后如图26所示，将导电性基板41b作为镀敷电极而进行电铸， 在树脂模具43a中堆积金属材料层45。根据需要通过研磨或磨削使树 脂模具43a与预定厚度一致后，通过湿式蚀刻或等离子灰化除去树脂模 具43a。由此，可得到如图27所示的模具。由于该模具将导电性基板 41b用作模具的基座，因此能省略形成基座所需的电铸时间。并且，由 于基座是通过电铸形成的，因此内部应力引起的模具的翘曲小。
接着对上述模具的制造方法的第三变形例进行说明。图28至图 31是按工序顺序表示在本发明一个实施方式的第三变形例中的三维光 学薄片的制造中使用的模具制造方法的简要剖视图。首先如图28所示， 利用具有凸部的模具14进行铸模法，制造出如图29所示的树脂模具 13。接着如图30所示，在树脂模具13上通过无电解镀形成金属材料 层15。然后通过湿式蚀刻或等离子灰化除去树脂模具13。由此，可得 到如图31所示的模具。
(实施例1)
在本实施例中，用图11至图15所示的方法制造出模具。首先， 作为基板21准备了在表面上具有由溅射法形成的Ti膜的、厚度为 5mm、直径为3英寸的Si基板。在基板21上形成由厚度为100ym的 丙烯酸树脂形成的抗蚀剂22。接着在抗蚀剂22上配置掩模23，通过 掩模23照射X线24 (图11)。掩模23中的透光性基材23b为厚度2 ym的氮化硅，X线吸收层23a为厚度3um的氮化钨。并且，作为X 线24使用SR,在50mmX50mm的范围内进行光刻。
接着，利用甲基异丁基酮进行显影处理，利用异丙醇进行冲洗处 理，利用纯水进行清洁处理。由此，得到如图12所示的具有抗蚀剂22b 的树脂模具。接着进行电铸，如图13所示在树脂模具中堆积由Ni构 成的金属材料层25。电铸是在树脂模具浸渍在氨基磺酸镍镀浴中的状 态下进行，堆积金属材料层25至超过树脂模具的顶部。电铸后，如图14所示地通过研磨除去基板21 (图13)，得到厚 度为500um的平坦的结构体。接着利用氧等离子进行灰化，从而除去 抗蚀剂22b。由此得到由金属材料层25形成的模具(图15)。该模具 为用于形成凸透镜部2A (图7)的模具，具体的剖面形状与图8的模 具52a (凸透镜部2L用模具)相同，但具有半径Di为50 u m的半球 形空孔部。接着通过相同的方法制造出用于形成反射部3DL (图5)的 模具。该模具的具体的剖面形状与图8的模具53a相同，具有^为80 ^m， Y!为50um的棱柱形空孔部。
接着在上述反射部3DL用模具上设置由聚碳酸酯薄膜构成的树脂 制薄膜10 (与图8相同)，然后在树脂制薄膜10上设置凸透镜部2A 用模具，树脂制薄膜IO被加热至聚碳酸酯的玻璃转化温度(约145°C) 以上的160'C。树脂制薄膜10的加热是通过设置在模具正下方的加热 器来进行。接着，树脂制薄膜IO在模具之间以lOMPa加压而被铸模(与 图9相同)，冷却后除去模具52a、 53a。由此，得到具有凸透镜部2A 和反射部3DL的三维光学薄片(与图10相同)。
所得到的三维光学薄片中，凸透镜部2A的光轴和反射部3DL的 光轴一致，凸透镜部2A是半径D2为50um的半球形，反射部3DL是 丁2为80um、 Y2为50nm的棱柱形。加工精度为士l"m，可知能实现 非常高精度的加工。成型后的三维光学薄片与图1所示的三维光学薄 片la同样地配置在光学元件4和基板5之间。当沿薄片部9的表面方 向传送的光信号从基板5发送时，光信号6通过反射部3DL弯曲，通 过凸透镜部2A聚光到光学元件4。 g卩，能对光学元件4和基板5进行 光连接。
(实施例2)
在本实施例中，用图22至图27所示的方法制造出模具。首先如 图22所示，利用具有凸部的Ni制模具44用聚甲基丙烯酸甲酯进行注射成型，制造出如图23所示的树脂模具43。接着如图24所示，在树 脂模具43的顶部形成Ni制导电性基板41b后，如图25所示研磨树脂 模具43 (图24)的一部分。然后如图26所示，将导电性基板41b作 为镀敷电极而进行电铸，在树脂模具43a中堆积由Ni构成的金属材料 层45。然后，通过湿式蚀刻除去树脂模具43a，得到如图27所示的模 具。
该模具为用于形成凸透镜部2L (图5)的模具，如图8所示，模 具52a具有半径D,为50u m的半圆柱体形空孔部。接着通过相同的方 法制造出用于形成反射部3DL (图5)的模具53a。所制造出的模具的 具体形状如图8所示。用于形成反射部3DL的模具53a具有为80 um、 Y,为50um的棱柱形空孔部。
接着如图8所示，在模具53a上设置厚度为200 u m的聚碳酸酯薄 膜(住友酚醛塑料株式会社生产的FS-1650)作为树脂制薄膜10。然后 在树脂制薄膜10上设置模具52a，树脂制薄膜10被加热至聚碳酸酯的 玻璃转化温度(约145。C)以上的160°C。树脂制薄膜10的加热是通 过设置在模具53a正下方的加热器(未图示)进行的。接着，树脂制薄 膜IO在模具52a、 53a之间以lOMPa加压而被铸模(图9)，冷却后 除去模具52a、 53a,得到三维光学薄片lc (图10)。
所得到的三维光学薄片lc中，凸透镜部2L的光轴和反射部3DL 的光轴一致，凸透镜部2L是半径D2为50um的半圆柱体形，反射部 3DL是T2为80um、 Y2为50um的棱柱形。加工精度为土2um，可 知能实现非常高精度的加工。成型后的三维光学薄片lc与图1所示的 三维光学薄片la同样地配置在光学元件4和基板5之间。当沿薄片部 9(图5)的表面方向传送的光信号从基板5发送时，光信号6通过反 射部3DL弯曲，通过凸透镜部2L聚光到光学元件4。 gp，能对光学元 件4和基板5进行光连接。(实施例3)
在本实施例中，用图28至图31所示的方法制造出模具。首先如 图28所示，利用具有凸部的Ni制模具14用聚甲基丙烯酸甲酯进行刻 印，制造出如图29所示的树脂模具13。接着树脂模具13的表面被Pd 催化后，如图30所示地进行无电解镀，在树脂模具13上堆积由Ni构 成的金属材料层15。然后通过湿式蚀刻除去树脂模具13，得到如图31 所示的模具。
该模具为用于形成凸透镜部2A (图7)的模具，具体的剖面形状 与图8的模具52a (凸透镜部2L用模具)相同，具有半径D,为45um 的半球形空孔部。接着通过相同的方法制造出用于形成反射部3DL(图 5)的模具。该模具的具体的剖面形状与图8的模具53a相同，具有L 为70um、 Y,为45um的棱柱形空孔部。
接着在上述反射部3DL用模具上设置由聚碳酸酯薄膜构成的树脂 制薄膜10 (与图8相同)，然后在树脂制薄膜10上设置凸透镜部2A 用模具，树脂制薄膜IO被加热至聚碳酸酯的玻璃转化温度(约145'C) 以上的160°C。接着，树脂制薄膜IO在模具之间以lOMPa加压而被铸 模(与图9相同)，冷却后除去模具，得到三维光学薄片(图IO)。
所得到的三维光学薄片中，凸透镜部2A的光轴和反射部3DL的 光轴一致，凸透镜部2A是半径D2为45ym的半球形，反射部3DL是 T2为70um、 Y2为45ixm的棱柱形。加工精度为土lixm，可知能实现 非常高精度的加工。成型后的三维光学薄片与图1所示的三维光学薄 片la同样地配置在光学元件4和基板5之间。当沿薄片部9的表面方 向传送的光信号从基板5发送时，光信号6通过反射部3DL弯曲，通 过凸透镜部2A聚光到光学元件4。 g卩，能对光学元件4和基板5进行 光连接。
以上公开的实施方式及实施例均仅是例示，不作任何限定。本发明的范围不限于上述的说明，而是权利要求的范围，包含与权利要求 的范围相同的含义及范围内的所有变更。
工业实用性
本发明能提供容易对准的安装方法。并且能提供精度高、低成本 的光学模块。
权利要求
1.一种光学薄片(1a～1d)，通过配置在光学元件(4)和基板(5)之间来对所述光学元件(4)和所述基板(5)进行光连接，包括薄片部(9)，具有第一主面及第二主面；凸透镜部(2A、2L)，设置在所述第一主面上，用于对光进行聚光；以及反射部(3DL、3SA、3SL)，以能够使沿着所述第二主面的光弯曲而入射到所述凸透镜部(2A、2L)的方式设置在所述第二主面上。
2. 如权利要求l所述的光学薄片(la ld)，其中， 所述反射部(3DL、 3SA、 3SL)被形成为能够将沿着所述第二主面的光的行进方向弯曲90° 。
3. 如权利要求l所述的光学薄片(la ld)，其中， 所述凸透镜部(2A、 2L)具有半球形及半圆柱体形中的任一种形状。
4. 如权利要求l所述的光学薄片(la ld)，其中， 所述凸透镜部(2A、 2L)按照面阵列及线性阵列中的任一种配置进行配置。
5. 如权利要求l所述的光学薄片(lb)，其中，所述反射部(3DL、 3SA、 3SL)包含被选自由金、银及铝构成的 组的至少一种材质覆盖的部分。
6. 如权利要求l所述的光学薄片(la ld)，其中， 具有由经过电子束照射的材质形成的部分。
7. 如权利要求l所述的光学薄片(la ld)，其中，所述凸透镜部(2A、 2L)和所述反射部(3DL、 3SA、 3SL)通过 使用模具(52a、 53a)进行的铸模法形成。
8. 如权利要求7所述的光学薄片(la ld)，其中， 所述模具(52a、 53a)通过包含下述工序的方法制造 通过光刻法形成树脂模具的工序；通过镀敷法在所述树脂模具上形成由金属材料构成的层的工序；以及除去所述树脂模具的工序。
9. 如权利要求7所述的光学薄片(la ld)，其中， 所述模具(52a、 53a)通过包含下述工序的方法制造 通过铸模法形成树脂模具的工序；通过镀敷法在所述树脂模具上形成由金属材料构成的层的工序；以及除去所述树脂模具的工序。
10. —种安装方法，包括准备权利要求l所述的光学薄片(la ld)的工序；和 以使光学元件(4)通过所述光学薄片(la ld)与基板(5)光 连接的方式将所述光学元件(4)安装在所述基板(5)上的工序。
11. 一种光学模块，包括 权利要求l所述的光学薄片(la ld); 支撑所述光学薄片(la ld)的基板(5);以及 通过所述光学薄片(la ld)与所述基板(5)光连接的光学元件(4)。
全文摘要
一种三维光学薄片(1a～1d)，通过配置在光学元件(4)和基板(5)之间而用于对所述光学元件(4)和所述基板(5)进行光连接，其包括薄片部(9)、凸透镜部(2A、2L)和反射部(3DL、3SA、3SL)。薄片部(9)具有第一主面及第二主面。凸透镜部(2A、2L)设置在所述第一主面上，用于对光进行聚光。反射部(3DL、3SA、3SL)以能够使沿着第二主面的光弯曲而入射到凸透镜部(2A、2L)的方式设置在第二主面上。
文档编号G02B5/00GK101589317SQ20088000304
公开日2009年11月25日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年1月25日
发明者依田润 申请人:住友电工超效能高分子股份有限公司